KR20200109277A - 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템 - Google Patents

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KR20200109277A
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임정택
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Abstract

개시되는 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템은, 반도체 제조용 웨이퍼 형상으로 구비되는 진단용 웨이퍼; 상기 진단용 웨이퍼를 파지하여 공정수행을 위한 설정된 로딩영역으로 이송하여 제공하는 이송로봇; 상기 이송로봇에 의해 상기 진단용 웨이퍼가 상기 로딩영역의 상부에 위치된 상태에서 상기 로딩영역을 촬영하도록 상기 진단용 웨이퍼에 구비되는 카메라 모듈; 및 상기 카메라 모듈에 의해 취득된 영상정보를 기준으로 상기 진단용 웨이퍼가 로딩되는 로딩위치와 상기 로딩영역의 정합여부를 판단하여 상기 이송로봇을 제어하는 제어모듈;을 포함한다.

Description

반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템{System for self-diagnosis and auto positioning of semiconductor manufacturing equipment}
본 발명(Disclsoure)은, 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로 반도체 제조용 웨이퍼의 로딩 및 언로딩 동작을 수행하는 이송로봇의 시간에 따른 동작 상태 변화를 감시하고 이를 진단하며, 감시과정에서 얻어지는 설정 값을 바탕으로 이송로봇의 초기세팅 값을 티칭(teaching)하는 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템에 관한 것이다.
여기서는, 본 발명에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
일반적으로 반도체장치는 웨이퍼 상에 사진, 식각, 확산, 이온주입, 화학기상증착, 금속증착 등의 공정을 선택적, 반복적으로 수행함으로써 이루어지고, 이렇게 반도체장치로 형성되기까지의 웨이퍼는 카세트에 탑재되어 각 단위공정을 수행하는 제조설비로 이송될 뿐 아니라 각 단위 공정을 수행하는 제조설비 내에서도 위치한 카세트와 공정 수행 위치 사이로 이송이 이루어진다.
이러한 웨이퍼의 이송은 궁극적으로 각 단위 공정을 수행하는 각 반도체소자 제조설비의 공정 수행 위치에 정확하고 안정적으로 위치토록 함에 있는 것이며, 그렇지 않은 경우는 공정불량은 물론 물리적인 작용으로부터 웨이퍼의 이탈 및 그에 따른 웨이퍼의 손상이나 파손 및 제조설비의 오염을 초래한다.
통상, 반도체 제조 설비에서 웨이퍼의 이송은 이송로봇에 의해 이루어지는데, 웨이퍼 공정 품질의 유지를 위해 이송로봇의 초기설치 및 유지 관리에 있어서 많은 시간과 어려움이 소요되고 있다.
구체적으로, 반도체 제조 설비에서, 공정시간 단축을 위해 동일한 공정을 수행하는 장치가 복수로 설치되는 것이 일반적인데, 동일한 공정을 수행하는 장치라 하더라도 장치의 특성에 따라 양품생산을 위해 요구되는 웨이퍼의 로딩 영역에 차이를 가지게 된다.
이러한 이유로 웨이퍼의 이송을 위한 이송로봇을 설치하는 과정에서 각각의 공정 장치의 특성에 따라 이송로봇의 동작을 위한 설정 값을 작업자가 개별적으로 세팅하여야 하며, 이는 공정 진행 중 불량이 발생 된 경우도 동일하게 요구된다.
또한, 이송로봇의 노후화 또는 외력 등에 의해 설정 값이 변화하는 것에 대한 감시도 이루어지지 못해 대량의 불량 발생을 방지하는 것이 불가능하다.
1. 한국등록특허공보 제10-0725933호
본 발명(Disclosure)은, 반도체 제조용 웨이퍼의 로딩 및 언로딩 동작을 수행하는 이송로봇의 시간에 따른 동작 상태 변화를 감시하고 이를 진단하며, 감시과정에서 얻어지는 설정 값을 바탕으로 이송로봇의 초기세팅 값을 티칭(teaching)하는 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템의 제공을 일 목적으로 한다.
여기서는, 본 발명의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 발명의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템은, 반도체 제조용 웨이퍼 형상으로 구비되는 진단용 웨이퍼; 상기 진단용 웨이퍼를 파지하여 공정수행을 위한 설정된 로딩영역으로 이송하여 제공하는 이송로봇; 상기 이송로봇에 의해 상기 진단용 웨이퍼가 상기 로딩영역의 상부에 위치된 상태에서 상기 로딩영역을 촬영하도록 상기 진단용 웨이퍼에 구비되는 카메라 모듈; 및 상기 카메라 모듈에 의해 취득된 영상정보를 기준으로 상기 진단용 웨이퍼가 로딩되는 로딩위치와 상기 로딩영역의 정합여부를 판단하여 상기 이송로봇을 제어하는 제어모듈;을 포함한다.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템에서, 상기 로딩영역은, 상기 공정수행의 결과물이 양품으로 판정되는 영역으로서, 공정수행을 위해 구비되는 복수의 공정설비마다 개별적으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템에서, 상기 진단용 웨이퍼에 구비되며, 상기 이송로봇에 의한 상기 진단용 웨이퍼의 이송과정에서 상기 진단용 웨이퍼의 설정된 평면에 대한 기울어짐을 감지하는 롤·피치 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템에서, 상기 진단용 웨이퍼에 구비되며, 상기 이송로봇에 의해 상기 진단용 웨이퍼가 상기 로딩영역의 상부에 위치된 상태에서 상기 로딩영역과의 수직거리를 감지하는 수직거리 감지 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템에서, 상기 이송로봇에 의해 상기 진단용 웨이퍼가 상기 로딩영역의 상부에 위치된 상태에서 상기 로딩영역을 향하여 조사하는 적어도 둘 이상의 광원으로 구비되며, 상기 로딩영역에 서로 구별되는 조사영역을 형성하는 오차거리 감지 모듈;을 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 일 태양(aspect)에 따른 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템은, 반도체 제조용 웨이퍼 형상으로 구비되는 진단용 웨이퍼; 상기 진단용 웨이퍼를 파지하여 공정수행을 위한 설정된 로딩영역으로 이송하여 제공하는 이송로봇; 상기 이송로봇에 의해 상기 진단용 웨이퍼가 상기 로딩영역의 상부에 위치된 상태에서 상기 로딩영역을 촬영하도록 상기 진단용 웨이퍼에 구비되는 카메라 모듈; 상기 진단용 웨이퍼에 구비되며, 상기 이송로봇에 의한 상기 진단용 웨이퍼의 이송과정에서 상기 진단용 웨이퍼의 설정된 평면에 대한 기울어짐을 감지하는 롤·피치 모듈; 상기 진단용 웨이퍼에 구비되며, 상기 이송로봇에 의해 상기 진단용 웨이퍼가 상기 로딩영역의 상부에 위치된 상태에서 상기 로딩영역과의 수직거리를 감지하는 수직거리 감지 모듈; 및 상기 카메라 모듈에 의해 취득된 영상정보, 상기 롤·피치 모듈에 의해 감지된 롤·피치정보, 상기 수직거리 감지 모듈에 의해 감지된 수직거리 정보를 기준으로 상기 진단용 웨이퍼가 로딩되는 로딩위치와 상기 로딩영역의 정합여부를 판단하여 상기 이송로봇의 동작상태 진단 또는 상기 이송로봇에 대해 상기 공정수행을 위한 초기 세팅 값을 설정하는 제어모듈;을 포함한다.
본 발명의 다른 일 태양(aspect)에 따른 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템에서, 상기 로딩영역은, 상기 공정수행의 결과물이 양품으로 판정되는 영역으로서, 공정수행을 위해 구비되는 복수의 공정설비마다 개별적으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일 태양(aspect)에 따른 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템에서, 상기 이송로봇에 의해 상기 진단용 웨이퍼가 상기 로딩영역의 상부에 위치된 상태에서 상기 로딩영역을 향하여 조사하는 적어도 둘 이상의 광원으로 구비되며, 상기 로딩영역에 서로 구별되는 조사영역을 형성하는 오차거리 감지 모듈;을 포함한다.
본 발명의 다른 일 태양(aspect)에 따른 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템에서, 상기 제어모듈은, 상기 카메라 모듈에 의해 취득된 영상정보, 상기 롤·피치 모듈에 의해 감지된 롤·피치정보, 상기 수직거리 감지 모듈에 의해 감지된 수직거리 정보의 시간에 따른 변화를 감지하여, 상기 이송로봇의 오작동에 의한 불량발생을 예측하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일 태양(aspect)에 따른 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템에서, 상기 롤·피치 모듈은 상기 이송로봇에 의한 상기 진단용 웨이퍼의 이송과정에서 상기 진단용 웨이퍼의 진동(떨림)을 감지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 진단용 웨이퍼에 구비되는 카메라 모듈, 롤·피치 모듈, 수직거리 감지모듈 및 제어모듈에 의해 로딩 및 언로딩 동작을 수행하는 이송로봇의 시간에 따른 동작 상태 변화를 감시하고 이를 진단하며, 감시과정에서 얻어지는 설정 값을 바탕으로 이송로봇의 초기세팅 값을 티칭(teaching)하는 이점을 가진다.
본 발명에 따르면, 카메라 모듈, 롤·피치 모듈, 수직거리 감지모듈에 의해 감지되어 축적된 정보를 빅 데이터화 하여, 이송로봇의 상태를 진단하고, 이를 바탕으로 향후 동작상태를 예견할 수 있으므로, LOT 단위의 대량 불량 발생을 미연에 방지할 수 있는 이점을 가진다.
본 발명에 따르면, 이송로봇의 고장요인을 선제적으로 예견하여 해결할 수 있으므로, 비가동시간을 감축시키는 이점을 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템의 일 실시형태를 보인 도면.
도 2는 도 1에서 진단용 웨이퍼를 보인 도면.
도 3은 도 2에서 오차거리 감지 모듈을 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명에 따른 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템을 구현한 실시형태를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
다만, 본 발명의 사상은 이하에서 설명되는 실시형태에 의해 그 실시 가능 형태가 제한된다고 할 수는 없고, 본 발명의 사상을 이해하는 통상의 기술자는 본 개시와 동일한 기술적 사상의 범위 내에 포함되는 다양한 실시 형태를 치환 또는 변경의 방법으로 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 기술적 사상에 포함됨을 밝힌다.
또한, 이하에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 것이므로, 본 발명의 기술적 내용을 파악하는 데 있어서, 사전적 의미에 제한되지 않고 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템의 일 실시형태를 보인 도면, 도 2는 도 1에서 진단용 웨이퍼를 보인 도면, 도 3은 도 2에서 오차거리 감지 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템(100)은, 진단용 웨이퍼(110), 이송로봇(120), 카메라 모듈(111) 및 제어모듈(130)을 포함한다.
진단용 웨이퍼(110)는, 이송로봇(120)에 의해 공정 수행을 위해 이송되는 반도체 제조용 웨이퍼와 동일한 형상으로 구비된다. 일종의 더미(dummy) 웨이퍼로 이해될 수 있다.
이송로봇(120)은, 진단용 웨이퍼(110)를 파지하여 공정수행을 위한 설정된 로딩영역(140)으로 이송하여 제공하는 구성으로 통상의 이송로봇 또는 이송기구가 적용된다.
여기서, 로딩영역(140)은, 반도체 제조용 웨이퍼가 공정 진행과정에서 위치되면, 공정수행의 결과물이 양품으로 판정되는 영역으로서, 공정수행을 위해 구비되는 복수의 공정설비마다 개별적으로 설정된다.
즉, 공정설비마다 로딩영역(140)의 위치가 별개로 정해지므로, 복수의 공정설비에서 각각의 로딩영역(140)은 서로 동일한 위치가 아닐 수 있음을 의미한다.
각 공정설비에서의 로딩영역(140)은 제어모듈(130)에 저장되어 비교대상으로 이용된다.
카메라 모듈(111)은, 진단용 웨이퍼(110)에 구비되는데, 진단용 웨이퍼(110)의 중앙에 배치되며, 진단용 웨이퍼(110)의 직하방을 촬영할 수 있도록 배치된다.
카메라 모듈(111)은, 이송로봇(120)에 의해 진단용 웨이퍼(110)가 로딩영역(140)의 상부에 위치된 상태에서 로딩영역(140)을 촬영하도록 구비된다.
제어모듈(130)은, 카메라 모듈(111)에 의해 취득된 영상정보를 기준으로 진단용 웨이퍼(110)가 로딩되는 로딩위치(141)와 로딩영역(140)의 정합여부를 판단하여 이송로봇(120)을 제어하는 구성이다.
진단용 웨이퍼(110)를 이용한 로딩위치(141)와 로딩영역(140)의 정합여부는 주기적으로 감시되는데, 제어모듈(130)은, 주기적으로 얻어지는 영상정보를 바탕으로 공정수행의 반복 진행에 따라 진단용 웨이퍼(110)의 로딩위치(141)가 로딩영역(140)에서 벗어나는 경향성을 판단하여 불량발생 가능성에 대해 미리 예측하게 된다.
한편, 제어모듈(130)은, 카메라 모듈(111)에 의한 영상정보 및 제어모듈(130)에 의한 판단 결과를 외부 작업자가 확인할 수 있도록 표시하는 기능을 포함하는 의미이며, 시각적 또는 청각적 표시를 위한 통상의 표시장치가 활용된다.
또한, 제어모듈(130)이 진단용 웨이퍼(110)에 구비되는 것이 배제되는 것은 아니나, 제어모듈(130)은 진단용 웨이퍼(110)와 별개로 구비되며, 양자는 통신 가능하게 구비되는 것이 바람직하다.
이를 위해, 진단용 웨이퍼(110)에는, 카메라 모듈(111)에 의한 영상정보를 수집·연산하고, 이를 제어모듈(130)에 전송하도록 명령하는 CPU가 구비되고, 통신을 위한 wifi 모듈이 구비될 수 있다.
한편, 본 실시형태에서, 제어모듈(130)에 의한 이송로봇(120)의 제어 정확성을 높이기 위해, 롤·피치 모듈(112)이 더 구비되는 것이 바람직하다.
롤·피치 모듈(112)은, 가속도 센서를 예로 들 수 있으며, 진단용 웨이퍼(110)에 구비되어, 이송로봇(120)에 의한 진단용 웨이퍼(110)의 이송과정에서 진단용 웨이퍼(110)의 설정된 평면에 대한 기울어짐을 감지한다.
여기서, 제어모듈(130)은, 롤·피치 모듈(112)에 의해 감지된 진단용 웨이퍼(110)의 기울어짐 정보를 미리 기억된 양품 제조를 위한 기울어짐 범위와 비교하여 이송로봇(120)의 동작상태를 감시하게 되며, 또한, 진단용 웨이퍼(110)를 이용한 주기적인 측정을 통해 기울어짐의 변화 정도를 연산하여 불량발생 가능성에 대해 미리 예측하게 된다.
또한, 롤·피치 모듈(112)은 이송로봇(120)에 의한 진단용 웨이퍼(110)의 이송과정에서 진단용 웨이퍼(110)의 진동(떨림)을 감지하도록 구비되는 것이 바람직하다.
이에 의해 감지된 정보는, 제어모듈(130)로 전달되어 이송로봇(120)의 동작 상태를 감시하는 자료로 활용된다.
한편, 본 실시형태에서, 제어모듈(130)에 의한 이송로봇(120)의 제어 정확성을 높이기 위해, 수직거리 감지 모듈(113)을 더 구비하는 것이 바람직하다.
수직거리 감지 모듈(113)은, 초음파 센서를 예로 들 수 있으며, 진단용 웨이퍼(110)에 구비되고, 이송로봇(120)에 의해 진단용 웨이퍼(110)가 로딩영역(140)의 상부에 위치된 상태에서 로딩영역(140)과의 수직거리를 감지한다.
이에 의해, 진단용 웨이퍼(110)가 로딩영역(140)으로 수직 하강되어 로딩되기 직전의 진단용 웨이퍼(110)의 높이를 측정하고, 이 값의 변화를 감지할 수 있게 된다.
또한, 진단용 웨이퍼(110)를 이용한 주기적인 측정을 통해 수직거리의 변화 정도를 연산하여 불량발생 가능성에 대해 미리 예측하게 된다.
한편, 수직거리 감지 모듈(113)에 의하면, 카메라 모듈(111)에 의해 획득된 영상정보(실제 이미지에 대한 카메라 모듈의 촬영 배율)와 수직거리를 이용하여, 로딩영역(140)과 로딩위치(141) 사이의 실제간격을 측정할 수 있게 되며, 이를 바탕으로 이송로봇(120)의 동작을 위한 설정 값의 조정이 가능하게 된다.
추가하여, 본 실시형태에는, 오차거리 감지 모듈(114)이 더 구비되는 것이 바람직하다.
이에 의하면, 카메라 모듈(111)에 의해 획득된 영상정보로부터 직접 로딩영역(140)과 로딩위치(141) 사이의 실제간격을 연산할 수 있게 된다.
통상 촬영된 영상으로부터 실제 거리를 연산하기 위해서는, 촬영대상물에 기준이 되는 표시(일종의 지도상에 표시되는 축적)가 반드시 요구된다. 즉 본 실시형태에서는 로딩영역(140)에 기준이 되는 표시를 하여야 하는 어려움이 있다.
이에, 본 실시형태에서 오차거리 감지 모듈(114)은, 이송로봇(120)에 의해 진단용 웨이퍼(110)가 로딩영역(140)의 상부에 위치된 상태에서 로딩영역(140)을 향하여 조사하는 적어도 둘 이상의 광원으로 구비되며, 로딩영역(140)에 서로 구별되는 조사영역(114a)을 형성하도록 구비된다.
여기서, 광원은 직진성이 뛰어난 레이저 다이오드로 구비되며, 광원은 4개로 구비되어 정사각형의 꼭지점에 배치되는 것이 바람직하다.
이에 의하면, 카메라 모듈(111)에 의해 획득된 영상에서 둘 이상의 광원에 의해 형성되는 조사영역(114a)이 확인되며, 이들의 중심사이의 거리는 둘 이상의 광원 사이의 간격이므로, 이를 바탕으로 직접 로딩영역(140)과 로딩위치(141) 사이의 실제간격을 연산할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 본 실시형태에 따른 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템(100)은, 카메라 모듈(111), 롤·피치 모듈(112), 수직거리 감지 모듈(113) 및 오차거리 감지 모듈(114)이 모두 채용되는 것이 이송로봇(120)의 제어, 감시 및 초기 값 설정에 바람직하다.
또한, 본 실시형태에 따른 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템(100)에 의하면, 진단용 웨이퍼(110)에 구비되는 카메라 모듈(111), 롤·피치 모듈(112), 수직거리 감지 모듈(113) 및 제어모듈(130)에 의해 로딩 및 언로딩 동작을 수행하는 이송로봇의 시간에 따른 동작 상태 변화를 감시하고 이를 진단하며, 감시과정에서 얻어지는 설정 값을 바탕으로 이송로봇의 초기세팅 값을 티칭(teaching)하는 이점을 가진다.
또한, 카메라 모듈(111), 롤·피치 모듈(112), 수직거리 감지 모듈(113)에 의해 감지되어 축적된 정보를 빅 데이터화 하여, 이송로봇의 상태를 진단하고, 이를 바탕으로 향후 동작상태를 예견할 수 있으므로, LOT 단위의 대량 불량 발생을 미연에 방지할 수 있는 이점을 가진다.
또한, 이송로봇(120)의 고장요인을 선제적으로 예견하여 해결할 수 있으므로, 비가동시간을 감축시키는 이점을 가진다.

Claims (1)

  1. 반도체 제조용 웨이퍼 형상으로 구비되는 진단용 웨이퍼;
    상기 진단용 웨이퍼를 파지하여 공정수행을 위한 설정된 로딩영역으로 이송하여 제공하는 이송로봇;
    상기 이송로봇에 의해 상기 진단용 웨이퍼가 상기 로딩영역의 상부에 위치된 상태에서 상기 로딩영역을 촬영하도록 상기 진단용 웨이퍼에 구비되는 카메라 모듈; 및
    상기 카메라 모듈에 의해 취득된 영상정보를 기준으로 상기 진단용 웨이퍼가 로딩되는 로딩위치와 상기 로딩영역의 정합여부를 판단하여 상기 이송로봇을 제어하는 제어모듈;을 포함하는 반도체 설비의 자가 진단 및 자동 포지셔닝 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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